基于FMC的高清视频压缩编码系统的设计与实现

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随着数字化多媒体行业的发展,人们对数字多媒体信号的高速传输和高效处理的需求也越来越强烈。为满足这一需求,压缩编码技术已经被广泛应用于现代数字化多媒体行业。本文在传统视频压缩编码电路的基础上,提出了一种基于FMC接口的高清视频压缩编码电路系统,其通过对FPGA夹层卡(FPGA Mezzanine Card,FMC)接口的利用,使视频压缩编码电路的控制部分和功能部分相分离,大大增强了视频压缩编码模块的通用性和灵活性。本文设计的视频压缩编码电路系统包括高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface,HDMI)模块、视频压缩编码模块、主控模块、存储模块、电源模块和FMC模块。其中HDMI接口芯片为ADI公司的ADV7612,最大可支持输入视频分辨率可以达1080P;视频压缩编码模块的实现采用商用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)解决方案,该ASIC实现芯片为富士通公司的MB86H46,支持全高清视频1080P在H.264格式下的编码;FMC模块采用160管脚的低引脚数目连接器(Low Pin Connector,LPC)。本文系统方案具体实现过程如下:首先进行系统方案设计规划,以明确设计任务、把握设计方向;其次根据系统功能需求,提出系统整体架构,分析系统性能需求指标,并对其中涉及的关键技术(HDMI技术、视频压缩编码技术以及FMC接口技术)进行研究,以期为下文硬件具体实现作理论铺垫;接着进行系统硬件设计具体实现,包括元器件选型、主要功能模块硬件设计实现、基于Altium Designer的原理图以及印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)设计,其中PCB设计实现方法分别从元器件布局和PCB布线两方面具体阐述介绍;最后,通过编写VHDL硬件逻辑描述语言,结合Xilinx ZC706开发板对系统方案进行调试和验证,具体包括HDMI模块软硬件配置、HDMI视频数据的FPGA处理和视频编码模块的功能配置。其中HDMI模块软硬件配置分别基于FPGA平台和Vivado平台两方面进行实现,HDMI视频数据的FPGA处理具体包括色差空间转换、降采样和升采样三个过程。本系统方案能够同时支持FPGA平台对经过压缩编码的TS流信号和未经过压缩编码的高清源HDMI视频数据进行高速处理。在其基础上,同时能够脱离FPGA开发平台独立工作,大大扩展了该视频编码系统的应用范围。经过验证,本文设计实现的基于FMC的高清视频压缩编码系统达到实时编码的要求,并且能够极大地缩减开发周期、降低开发成本。
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